NDC平直度(寬度)儀在唐鋼2050熱軋帶鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用介紹

摘 要：NDC ROMETER光學(xué)平直度儀廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶煉廠熱軋、精軋、卷取、爐卷軋機(jī)、厚板、冷軋、處理線等工段，可以和NDC寬度測量儀組合使用，用于測量帶鋼的平直度和寬度。平直度儀利用激光照射在帶鋼上形成的三角形原理，將測得的帶鋼高度信號轉(zhuǎn)換為電信號，并利用高度和速度信號換算為平直度，測量結(jié)果送PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）、二級服務(wù)器進(jìn)行平直度控制及質(zhì)量管理等。

關(guān)鍵詞：平直度測量;寬度測量;測量原理;產(chǎn)品質(zhì)量控制

中圖分類號：TH86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-6903（2022）02-0044-03

0引言

鋼鐵企業(yè)熱軋帶鋼質(zhì)量通常用凸度和平直度參數(shù)來衡量[1]。文章通過介紹NDC平直度（寬度）儀的硬件組成及測量原理，進(jìn)而闡述其在鋼鐵企業(yè)熱軋帶鋼生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量控制方面發(fā)揮的重要作用。

1 平直度的定義

平直度是不平坦程度的定量表示[2]。

在帶鋼生產(chǎn)過程當(dāng)中，由于軋制力沿軋輥軸向分布的不均勻性、軋輥受熱膨脹程度不均勻、帶鋼橫向溫度分布不均勻、軋輥磨損不均勻，造成帶鋼單位長度內(nèi)其實(shí)際各處長度不一致，帶鋼較長的部分彎曲，這樣就形成了浪形，浪形是不可恢復(fù)變形，極大影響帶鋼質(zhì)量。因此，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量必需要有一種可靠的檢測浪形的儀表設(shè)備。

2 NDC平直度（寬度）硬件組成

1臺服務(wù)器（用于平直度測量及寬度測量計(jì)算使用） 。

3組點(diǎn)激光陣列（每個(gè)點(diǎn)激光陣列3*3*3點(diǎn)激光器，其中T1與T3使用步進(jìn)電機(jī)，照射于板帶傳動(dòng)側(cè)及操作側(cè)，T2陣列為固定端，只用于照射在中心線處）及對應(yīng)的3個(gè)CMOS相機(jī)，用于平直度測量（如圖1所示）。

8個(gè)線激光器及對應(yīng)的2個(gè)CCD相機(jī)，用于寬度測量（如圖2所示）。

3點(diǎn)激光高度測量原理

如前文所述，帶鋼生產(chǎn)過程中由于軋輥磨損和熱膨脹不均，軋制力分布不均勻及彎輥力的影響等因素造成了帶鋼單位寬度出的延伸量不同，延伸長度較長的部分形成浪形，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，必須首先測量浪形。平直度儀就是測量浪形的[3]。

在點(diǎn)激光標(biāo)定時(shí)，每個(gè)點(diǎn)激光照在不同高度在相應(yīng)CMOS相機(jī)中都有對應(yīng)位置的記錄，如圖所示，在帶鋼上表面與輥道高度為H時(shí)，光斑S在CMOS相機(jī)中的位置是P，當(dāng)帶鋼出現(xiàn)跳躍，帶鋼上表面離輥道高度變?yōu)镠′時(shí)，對應(yīng)的激光光斑變?yōu)镾′，在CMOS相機(jī)中的位置由P變?yōu)镻′。通過相機(jī)中P與P′的位置變化，根據(jù)在點(diǎn)激光標(biāo)定時(shí)已經(jīng)計(jì)算出的點(diǎn)激光位置的線性關(guān)系，根據(jù)三角測量關(guān)系即可求出帶鋼H與H′的值?？梢愿鶕?jù)公式H′-H=ΔH=（P′-P）*N，其中N為相機(jī)在標(biāo)定過程中真正起作用的像素點(diǎn)數(shù)，如圖3所示。

4帶鋼方向長度測量計(jì)算原理

根據(jù)微積分原理，要想將一條線段的長度計(jì)算出來，需要先將該線無限劃分為很小的線段，計(jì)算出線段的長度之后可以通過積分的方法將總長計(jì)算出來。同理，帶鋼上每一組點(diǎn)激光（3個(gè)點(diǎn)激光為一組，連線為平行于帶鋼運(yùn)動(dòng)方向）的光斑劃過的痕跡長度即是帶鋼該處的長度。

在上一節(jié)中，帶鋼上表面每一點(diǎn)距離輥道的高度已經(jīng)求出，帶鋼運(yùn)動(dòng)速度由一級給定，則可以根據(jù)三角形定理求出斜邊的長度。在無窮分割的情況下，可以由直線段來代替曲線段，所以帶鋼上表面單位時(shí)間內(nèi)的長度可得出，積分即可得到帶鋼運(yùn)動(dòng)方向上表面激光劃過的線段長度，如圖4所示。

平直度儀的寬度測量是通過8個(gè)線激光源和2臺CCD相機(jī)完成的。

由于帶鋼與背景的激光信號相差懸殊，所以可以使相機(jī)很容易找到帶鋼的邊部。但是從圖5可以看出，當(dāng)帶鋼出現(xiàn)跳躍，由于兩臺CCD相機(jī)處于同一個(gè)平面之內(nèi)，使得帶鋼離輥道的高度很難由測寬CCD相機(jī)單獨(dú)來測量、判斷，所以此時(shí)的CCD相機(jī)只能夠簡單地將帶鋼的邊部信號進(jìn)行最基本的處理之后，傳送給工控機(jī)進(jìn)行通訊，獲取平直度相機(jī)測得的帶鋼高度值，通過寬度值進(jìn)行補(bǔ)償。具體步驟即是通過三角形相似定理獲得真實(shí)的寬度。

由三角形相似原理，可以計(jì)算的ΔL=H'/H*L，其中L可以計(jì)算處理，即通過未補(bǔ)償?shù)膸т撨叢吭贑CD相機(jī)上的位置與相機(jī)里輥道高度，可以確定。L=S*P/N，其中S是相機(jī)能測的量程，P為邊部的信號所在的像素點(diǎn)，N為相機(jī)的像素。則寬度值為W=Wo+ΔL，如圖6所示。

5 NDC平直度儀在熱軋帶鋼生產(chǎn)線質(zhì)量控制中的作用

軋鋼對產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，需要好的帶鋼平直度。所謂平直度板型，直觀上來說就是指板材的翹曲程度，但是實(shí)際卻是帶鋼內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布。當(dāng)殘余內(nèi)應(yīng)力不足以引起帶鋼翹曲時(shí)，稱為潛在板型不良;當(dāng)帶鋼中存在的殘余應(yīng)力足夠大使得帶鋼發(fā)生翹曲，則稱為表觀的板型不良。帶鋼平直度不僅僅是產(chǎn)品質(zhì)量特性最重要的指標(biāo)之一，對軋制操作本身也具有特殊的意義，軋制不平直的帶鋼會引起帶鋼寬度上長度方向的應(yīng)力的不均勻分布，而不適當(dāng)?shù)膽?yīng)力分布會增加斷帶的危險(xiǎn)。因此，軋鋼生產(chǎn)線需要可靠的平直度測量系統(tǒng)，用來測量及顯示長度方向的應(yīng)力分布，控制理想的應(yīng)力分布從而得到理想的平直度。

NDC平直度儀不僅測量原理先進(jìn)，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，而且能適應(yīng)熱軋帶鋼生產(chǎn)線惡劣的工況環(huán)境，在同行業(yè)中其技術(shù)優(yōu)勢明顯，具有良好的示范性和可推廣性，在同類型工程建設(shè)中具有重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 侯勁汝，沈建軍，徐倩.雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)振幅不均勻性的分析[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，30（1）：100-104.

[2] 李彪，蘭霄.帶鋼平直度儀測量原理及其應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2004（2）：52-54.

[3] 張志國.IRM平直度儀在唐鋼1810線的改造和應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013（4）：130.

Application of NDC Flatness （Width） Meter in? the Tangshan Steel

LIU Xin

（Tangshan Iron and Steel Co.， Ltd.， Tangshan? Hebei? 063000）

Abstract：NDC ROMETER Optical flatness meter is widely used in hot rolling， finishing rolling， coiling， steckel rolling mill， thick plate， cold rolling， treatment line and other sections of iron and steel smelters. It can be combined with NDC width meter. It is used to measure the flatness and width of strip steel. The flatness meter uses the laser triangle principle to convert the strip steel height signal into electrical signal， and converts the height signal and speed signal into flatness. The measurement results are sent to PLC and level two computer for flatness control and quality management.

Keywords： flatness measurement; width measurement; measuring principle; product quality control

收稿日期：2021-12-10

作者簡介：劉昕（1982—），男，河北唐山人，本科，工程師，研究方向：冶金自動(dòng)化。